KR101025736B1 - 반도체 소자의 트랜지스터 형성 방법 - Google Patents

반도체 소자의 트랜지스터 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 트랜지스터 형성 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 반도체 소자의 트랜지스터 형성 방법은, 반도체 기판에 소자분리막을 형성하여 활성영역을 한정하되, 상기 활성영역과 상기 소자분리막 사이에 산화막 및 질화막을 개재시키는 단계; 상기 활성영역의 게이트 예정영역을 선택적으로 식각하여 리세스 영역을 형성하는 단계; 상기 리세스 영역의 측벽에 드러나는 상기 산화막에 대하여 중성 원소를 이용하는 경사 이온주입을 수행하여 손상층을 형성하는 단계; 및 상기 손상층을 제거하여 상기 리세스 영역의 저부에 드러나는 상기 활성영역을 돌출시키는 단계를 포함하고, 상술한 본 발명에 의한 반도체 소자의 트랜지스터 형성 방법은, 리세스 영역 형성 후 그 측벽에 드러나는 산화막을 제거하기 전, 중성 원소를 이용하는 경사 이온주입을 수행하여 산화막에 손상층을 형성함으로써, 산화막의 제거 부분을 제어하여 게이트 간 브릿지를 방지하고 동시에 경사 이온주입으로 인한 트랜지스터의 문턱전압 변동을 방지할 수 있다.
트랜지스터, 리세스 영역, 핀, 중성 원소, 경사 이온주입

Description

반도체 소자의 트랜지스터 형성 방법{METHOD FOR FORMING TRANSISTOR IN SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 반도체 소자의 제조 기술에 관한 것으로, 특히 반도체 소자의 트랜지스터 형성 방법에 관한 것이다.
최근 반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라, 종래의 평판형(planar type) 트랜지스터를 이용하는 대신 리세스 게이트(recess gate)를 갖는 트랜지스터를 이용함으로써 트랜지스터의 채널 면적 및 데이터 리텐션 타임(data retention time)을 증가시키는 기술이 제안되었다.
그러나, 반도체 소자의 집적도가 더욱 증가하면서 트랜지스터의 구동 능력, 오프 특성 등이 상대적으로 열화되어 이러한 리세스 게이트를 이용하더라도 요구되는 트랜지스터의 특성을 만족시키는 것이 어려워지고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 공개특허 제2008-0010885호에서는 리세스 게이트 형성을 위한 식각 후 리세스 측벽에 드러나는 산화막을 습식 식각하여 활성 영역을 핀형(fin type) 구조로 형성하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 현재의 게이트 간 간격이 매우 상태에서 산화막을 습식 식각하는 경우 습식 식각의 등방성 식각 특성 때문에 게이트 간에 브릿지(bridge)가 발생할 수 있어 문제가 된다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 리세스 영역 형성 후 그 측벽에 드러나는 산화막을 제거하기 전, 중성 원소를 이용하는 경사 이온주입을 수행하여 산화막에 손상층을 형성함으로써, 산화막의 제거 부분을 제어하여 게이트 간 브릿지를 방지하고 동시에 경사 이온주입으로 인한 트랜지스터의 문턱전압 변동을 방지할 수 있는 반도체 소자의 트랜지스터 형성 방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 반도체 소자의 트랜지스터 형성 방법은, 반도체 기판에 소자분리막을 형성하여 활성영역을 한정하되, 상기 활성영역과 상기 소자분리막 사이에 산화막 및 질화막을 개재시키는 단계; 상기 활성영역의 게이트 예정영역을 선택적으로 식각하여 리세스 영역을 형성하는 단계; 상기 리세스 영역의 측벽에 드러나는 상기 산화막에 대하여 중성 원소를 이용하는 경사 이온주입을 수행하여 손상층을 형성하는 단계; 및 상기 손상층을 제거하여 상기 리세스 영역의 저부에 드러나는 상기 활성영역을 돌출시키는 단계를 포함한다.
상술한 본 발명에 의한 반도체 소자의 트랜지스터 형성 방법은, 리세스 영역 형성 후 그 측벽에 드러나는 산화막을 제거하기 전, 중성 원소를 이용하는 경사 이온주입을 수행하여 산화막에 손상층을 형성함으로써, 산화막의 제거 부분을 제어하여 게이트 간 브릿지를 방지하고 동시에 경사 이온주입으로 인한 트랜지스터의 문턱전압 변동을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도1a 내지 도1d는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자의 트랜지스터 형성 방법을 설명하기 위한 도면이다. 특히, 각 도면의 (a)는 평면도를 나타내고, (b)는 (a)의 X-X´ 단면도를 나타내고, (c)는 (a)의 Y-Y´ 단면도를 나타낸다.
도1a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10)에 STI(Shallow Trench Isolation) 공정으로 소자분리막(13)을 형성하여 활성영역(10A)을 한정한다. 이를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
우선, 반도체 기판(10)의 소자분리영역을 선택적으로 식각하여 소자분리 트렌치(t)를 형성한다.
이어서, 소자분리 트렌치(t)를 포함하는 결과물의 전면에 산화막(11) 및 질화막(12)을 형성한다.
이어서, 결과물의 전체 구조 상에 절연막(예를 들어, HDP(High Density Plasma) 산화막)을 형성한 후, 활성영역(10A)이 드러날 때까지 평탄화 공정을 수행한다. 그 결과, 소자분리 트렌치(t) 내에 상기 절연막이 매립된 소자분리막(13)이 형성되고, 소자분리막(13)과 활성영역(10A) 사이에는 산화막(11) 및 질화막(12)이 개재된다.
도1b에 도시된 바와 같이, 리세스 게이트 형성을 위하여 활성영역(10A) 중 게이트 예정 영역과 중첩되는 부분을 소정 깊이 식각하여 리세스 영역(R)을 형성한다. 여기서, 리세스 영역(R)의 형상은 본 도면에 도시된 것에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 벌브형(bulb type)의 형상을 가질 수도 있다.
도1c에 도시된 바와 같이, 리세스 영역(R) 형성에 의하여 드러나는 산화막(11)에 대해 경사 이온주입(tilt ion implantation)을 수행하여 이온주입에 의한 손상층(damage layer, "D" 참조)을 형성한다. 종래 기술과 달리 산화막(11)을 습식 식각하기 전에 손상층(D) 형성 공정을 추가적으로 수행하는 것은, 산화막(11)에 비하여 손상층(D)의 습식 식각률이 훨씬 커서 산화막(11)의 습식 식각시 손상층(D)만 제거되게 할 수 있기 때문이다. 즉, 산화막(11)의 습식 식각시 제거되는 부분을 제어할 수 있기 때문에 게이트 간의 브릿지가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
나아가, 본 발명의 경사 이온주입은 Ar과 같은 중성 원소를 이용하여 수행된다. 일반적으로 경사 이온주입을 수행하는 경우 스캐터링(scattering)에 의하여 이온주입된 도펀트가 트랜지스터의 채널 영역으로 침투하게 된다. 이때, 중성 원소가 아닌 도펀트(예를 들어, BF2)를 이용하여 경사 이온주입을 수행하면 트랜지스터의 채널 영역으로 침투된 도펀트의 전기적 성질에 따라 트랜지스터의 문턱 전압이 변 동되는 문제가 있다. 물론 이러한 문제는 이온주입되는 도펀트의 도즈량을 적절하게 조절함으로써 해결될 수 있으나, 도펀트의 도즈량을 조절하기 위하여는 경사 이온주입의 경사각, 리세스의 깊이, 리세스의 폭 등 고려해야 할 변수가 많다. 따라서, 본 발명에서는 중성 원소를 이용하여 경사 이온주입을 수행함으로써, 스캐터링에 의하여 도펀트가 트랜지스터의 채널 영역에 침투하더라도 트랜지스터의 문턱 전압 변동에 영향을 미치지 않게 한다.
또한, 이와 같은 경사 이온주입은 리세스 영역(R) 형성에 의하여 측벽에 드러나는 산화막(11) 부분뿐만 아니라 리세스 영역(R) 아래의 산화막(11) 부분(이하, 모트(moat) 영역이라 한다. 도면부호 "M" 참조)까지 손상층(D)이 형성되도록 수행된다.
도1d에 도시된 바와 같이, 리세스 영역(R) 형성에 의하여 드러나는 산화막(11)을 습식 식각으로 제거한다. 이때, 전술한 바와 같이 손상층(D)의 습식 식각률이 매우 크기 때문에, 산화막(11)의 습식 식각시 손상층(D)이 주로 제거된다. 이와 같이 습식 식각으로 제거되는 부분을 제어할 수 있기 때문에 후속 게이트 간의 브릿지가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 경사 이온주입에 의하여 모트 영역(M)의 산화막(11)에까지 손상층(D)이 형성되므로 이와 같은 습식 식각시 모트 영역(M)의 산화막(11)이 제거된다. 결과적으로 리세스 영역(R) 저부의 활성영역(10)이 핀형으로 돌출되게 된다(도면부호 "F" 참조). 이와 같이 활성영역(10)이 핀형으로 돌출된 구조를 갖기 때문에 일반적인 리세스 게이트를 갖는 트랜지스터에 비하여 채널 면적을 더 욱 증가시킬 수 있다.
이어서, 본 도면에는 도시되지 않았으나, 상기 리세스 영역(R)에 도전층을 매립하여 게이트를 형성한다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예들에 따라 구체적으로 기록되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
도1a 내지 도1d는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자의 트랜지스터 형성 방법을 설명하기 위한 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 반도체 기판 11 : 산화막
12 : 질화막 13 : 소자분리막
R : 리세스 영역 D : 손상층
M : 모트 영역

Claims (5)

  1. 반도체 기판에 소자분리막을 형성하여 활성영역을 한정하되, 상기 활성영역과 상기 소자분리막 사이에 산화막 및 질화막을 개재시키는 단계;
    상기 활성영역의 게이트 예정영역을 선택적으로 식각하여 리세스 영역을 형성하는 단계;
    상기 리세스 영역의 측벽에 드러나는 상기 산화막 및 그 하부의 산화막 일부에 대하여 중성 원소를 이용하는 경사 이온주입을 수행하여 손상층을 형성하는 단계; 및
    상기 손상층을 제거하여 상기 리세스 영역의 저부에 드러나는 상기 활성영역을 돌출시키는 단계
    를 포함하는 반도체 소자의 트랜지스터 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중성 원소는, Ar인
    반도체 소자의 트랜지스터 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 손상층 제거 단계는,
    습식 식각으로 수행되는
    반도체 소자의 트랜지스터 형성 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 소자분리막 형성 단계는,
    상기 반도체 기판의 소자분리영역을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계;
    상기 트렌치를 포함하는 결과물의 전면에 상기 산화막 및 상기 질화막을 형성하는 단계;
    결과물의 전체 구조 상에 소자분리용 절연막을 형성하는 단계; 및
    상기 활성영역이 드러날 때까지 평탄화 공정을 수행하는 단계를 포함하는
    반도체 소자의 트랜지스터 형성 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 손상층 제거 단계 후에,
    상기 리세스 영역을 매립하는 도전물질을 형성하는 단계
    를 더 포함하는 반도체 소자의 트랜지스터 형성 방법.
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